JPS6369483A - インバ−タ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 （産業上の利用分野） この発明はインバータ制御装置に関づるものである。

（従来技術） 従来、誘導電動機を可変電圧・可変周波数制６１１方式
にて駆動制御するためのインバータ装置は第４図に示す
方式のインバータ制御装置が一般に採用されていた。

このインバータ制御装置は速度指令設定器１にて指定さ
れた回転速度Ｎに応じて１次電圧設定器２が誘導電動機
８の１次電圧指令値Ｖ１を、一方、周波Ｆ！ＩＲ定器３
が周波数ｆをそれぞれ設定し、その１次電圧指令値■１
及び周波数ｆに相当するアナログ値をパルス幅変調回路
（以下、ＰＷＭ回路という）４に出力されるようになっ
ている。このＰＷＭ回路４はこの１送電圧指令値ｖ１及
び周波数ｆに相当するアナログ値に応じてＰＷＭ信号を
ドライブ回路５に出力する。

そして、ドライブ回路５はこのＰＷＭ信号に基づいてバ
ッテリ６及び平滑コンデンサ７とからなる直流電源回路
と誘導電動機８との間に設けられたインバータ回路９の
各インバータスイッチング素子をドライブし、前記速度
指令設定器１で設定した回転速度Ｎとなるように同誘導
電動機８を駆動制御する。

ぞして、誘導電動機８を幅広い範囲で効率Ｊ：り駆動ざ
Ｕるためにインバータ回路９の出力を誘導電動０！８の
速度に応じて電圧ＶＬ周波数ｆに制御するようになって
いて、一般に、定格周波数以下では定１−ルク特性にて
、定格周波数以上では定出力特性となるように制御する
ようになっている。

この定トルク特性領域においては、即ち、定格周波数以
下の領域では磁束を一定にづるために１次電圧ｖ１と周
波数ｆとの比（Ｖｌ／ｆ）を一定にして駆動制御する。

又、走出ツノ特性領域においては、即ち、定格周波数以
上では１次電圧Ｖ１を一定にして駆動制御している。

（発明が解決しよりとする問題点） しかし、定トルク特性領域中の低周波数領域（低速域）
では誘導電動機８の１次抵抗損の影響で１次電圧ｖ１と
周波数ｆとの比（Ｖ１／ｆ）を一定にするだけでは発生
１〜ルクＴが小さく始動しにくい問題があった。

そして、定トルク特性領域中の低速域において１次電圧
ｖ１を上げてトルクがある程度発生した俊に１次電圧ｖ
１と周波数ｆとの比（Ｖｌ／ｆ）を一定にして制御する
ことが考えられるが、その時の１次電圧Ｖ１の制御量を
どのようにするかは明確ではなかった。

そこで、本発明者は始動時から発生トルクを大きくする
ための１次電圧ｖ１と周波＠ｆとの関係に着目し、理論
的に算出を試みた。

今、誘導電動機の１相分の等価回路を第５図に示す回路
とすると、トルクＴを励磁電流の大きさＩｏで表すと ・・・（１） Ｒ１：１次巻線抵抗 Ｌｌ　：１次巻線抵抗の自己インダクタンスし２　；２
次巻線抵抗の自己インダクタンスＭ　；１及び２次巻線
の相互インダクタンスｆＳ：すべり周波数 ｐ　；極対数 となる。

この式から、すべり周波数ｆｓ一定のもとに励１ｉ電流
Ｉ。を一定に制御づればトルクＴを始動時から一定に保
持させることが分る。

しかし、Ｉｏを直接制御することはできない。

そこで、１次電圧ｖ１を１１　ｏＩが一定になるように
制御することを考える。今、励磁電流Ｉ。と１次電圧■
１との関係は ◇ｉ　　＝　４Ｒ＋＋Ｊω”’−１−１）？　ＩＩ　”
　Ｊ　Ｗ　Ｔ。

・・・（２） ここで、ωは角周波数でめって、ω＝２πｆで表わされ
、又、右辺第２項を誘導起電力Ｅ１とす”ると 口＝ｊωｈｉ。

＝訊−ＩＲ，栢の（し、−）４）７ｉ、　　−・・・（
３） となり、この（３）式の両辺をωで割ると・・・（４） この（４）式から励磁電流Ｉ。を一定に保持することは
Ｅｌ／ωの大ぎさを一定に保つことが理解される。ここ
で、１次電流１１と１次電圧Ｖ１との関係を ・・・（５） ここで、 とすると、（５）式は １１　＝　（（Ｋｌ　−ｊＫ２　）／ＫＯ）　Ｖｌ／ω
・・・（７） となる。

前記（４）式においてωがΔωだけ変動した場合に他の
諸量が下記のように変動したとする。

ω→ω−Δω＝ω′ Ｅ１→Ｅｌ　” ■１→Ｖ１” ■１→１１　′ ここで、Ｅ１′／ω′及びｆｓを一定にすると、１１は
一定になるので、（８）式中の１１′にとなる。

そして、（４）（７）（９）式より、 ・・・（１０〉 この（１０）式において、定格運転時の１送電圧Ｖ１ｓ
、角周波数ωＯを基準値とすると、任意の・・・（１１
） となる。但し、ＫＯ、Ｋｌ　、　Ｋ　２は（６ａ）〜（
６Ｃ）式においてω及びｆｓを定格（１αω０及びｆｓ
Ｏとしている。

そして、（１１）式より１次電圧の大きさｖｌは下記の
式によって得られる。

・・・（１２〉 即ら、角周波数ωがわかれば一義的に１送電圧ｖ１が求
まり、そ（７）　（１２）式にて導き出された１送電圧
ｖ１にて（１）式における励磁電流ＩＯを一定になるよ
うに制御することができることがわかる。その結果、定
トルク特性領域ですべり周波数ｆｓ及び（１２）式で得
られた１次電圧■１を用いて誘導電動機を始動させれば
始動時から発生トルクＴを大きく、しかも、一定にして
駆動させることができることがわかる。

この発明の目的は理論値に着目し、始動時から発生トル
クを大きくすることができ、誘導電動機の速やかな加速
制御を可能にするインバータ制御装置を提供することに
ある。

発明の目的 （問題点を解決するための手段） 上記目的を達成すべく、この発明は可変電圧・可変周波
数制御にてインバータ回路のスイッチング素子がオン・
オフして駆動される誘導電動機と、前記インバータ回路
のスイッチング素子をオン・オフさせるドライブ回路と
、前記誘導電動機の回転速度を指定する速度指令設定器
と、前記誘導電動機の回転速度を検出する速度検出器と
、前記速度指令設定器が指定した指定値と速度検出器が
検出した検出値とで誘導電動機のすべり周波数及び誘導
電動機の定格角周波数以下の任意の角周波数領域でその
すべり周波数が一定のもとで、発生トルクが一定となる
ための誘導電動機の１次電圧を算出する演算手段と、前
記演算手段が算出したすべり周波数と速度検出器が検出
した検出値とを加咋し周波数指令値を算出でる加咋器と
、前記加算器が算出した周波数指令値と前記演算手段が
算出した１次電圧にて誘導電動機を可変電圧・可変周波
数制御を行なうように前記インバータ回路のスイッヂン
グ素子をオン・オフさせるためのパルス幅変調信号を前
記ドライブ回路に出力するパルス幅変調回路とからなる
インバー・つ制御装置をその要旨とターるものである。

（作用）、 」二記構成（４″′より、演帥手段ＧＪ速度指令設定器
が指定した指定値と速度検出器が検出Ｌ）だ検出値とで
誘導電動機の丈べり周波数を算出するとともに、そのす
べり周波数が一定のもとて同誘導電動關の定格角周波数
以下の任意の角周波数領域で発生トルクが一定どなるた
めの１次電圧を算出する。一方、加算器はこの演算手段
にて算出したすべり周波数と速度検出器が検出した検出
値とで周波数指令１直ｆを算出する。

そして、パルス幅変調回路はこの周波数指令値と１次電
圧にて誘導電動機を可変電圧・可変周波数制御を行なう
パルス幅変調信号を出力する。その結果、誘導電動機は
一定の発生トルクが始動時から発生することになる。

（実施例〉 以下、この発明を具体化１）だ−実／Ｊ１１例を図面に
従って説明する。

第１図においでバラアリ電源１１は平滑Ｔ１ンデンサ１
２を介してインバータ回路１３に出力される。インバ・
−夕回路１３は電圧形インバータであって、同インバー
タ回路１こ３のインバータスイッチング素子がオン・オ
フ制御されること１．：　Ｊ、：り誘導電動機１４が可
変電圧・可変周波数制御にて駆動される。

速度指令設定器１５は誘導電動機１４の回転速度を指定
する速度指令値Ｎに相当するアノー゛ログ（血をＡ／Ｄ
変換器１６に出力づる。Ａ／Ｄ変換器１６はこのアナロ
グ値をデジタル値に変換してマイクロコンピュータ１７
に出力づる。

速度検出器１８は誘３＃電動機１４の回転速度Ｎｒを検
出する検出器であつＣ１この回転速度Ｎｒに相当するア
ナログ値をＡ／Ｄ変換器１９に出力する。Ａ／Ｄ変換器
１９はこの７′Ｊ′日グ値をデジタル値に変換して前記
マイクロコンピュータ１７に出力する。

マイクロコンピュータ１７１五前記速度指令値Ｎ及び回
転速度Ｎｒに相当するデジタル値を入力し１、これら値
に基づいて誘導電動機１３に投入する１次電圧ｖ１とず
べり周波数ｆｓを算出する。

即ち、マイクロコンピュータ１７は速度指令値Ｎとその
時の誘導電動機１４の回転速度Ｎｒに基づいて周波数ｆ
ｓを求める。

又、マイクロコンピュータ１７は１次電圧ｖ１を前記し
た（１２）式を用いて演算りる。

まず、マイクロコンピュータ１７はその時の誘導電動機
１４の回転速度Ｎｒに基づいて角周波数ωを下記の演算
式から求める。

ω＝ｐωｒ十ωＳ ωｒ＝２ｘＮｒ／６０ ωＳ＝２πｆｓ 尚、ｐは極対 角周波数ωを算出すると、マイクロコンピュータ１７は
この角周波数ωの値を（１２）式に代入して演算し、１
次電圧ｖ１を算出する。尚、この演算において各Ｒコ、
ωＯ、Ｖｌｓ、　ＫＯ、Ｋｌ、Ｋ２等の各値は予め求め
られズいＣ７１９日コンピュータ１７内の記憶装置にデ
ータとして記憶されている。

マイクロコンピュータ１７はこの算出した１次電圧ｖ１
に相当１−るデジタル信号をｋＤ／Δ変換器２０を介し
てアナログ信号に変換してＰＷＭ回路２１に出力すると
ともに、すべり周波１ｉｆｓに相当するデジタル信号を
Ｄ／Ａ変換器２２を介し−Ｃアナログ信９に変換して加
算器２３に出ツノされる。

加算器２３は前記速度検出器１８から回転速１宴Ｎｒに
相当プるアナログ信号を入力しそのアナログ信号と前記
すべり周波数ｆｓに相当するアナログ信号と加暉し、そ
の加算したアナログ値を誘導電動機１４の周波数指令ｆ
ｉｉｆとしてＰＷＭ回路２１に出力するヮ尚、加算器２
３はその加算において回転速度Ｎｒとすべり周波数ｆｓ
とは単位を異にしていることから回転速度Ｎｒを周波数
の単位に変換した形で加陣するようにしている。

Ｐ〜ＶＭ回路２１はこの１次電圧指令値ｖ１及び周波数
指令値ｆに相当するアナ１］グ値に応じた公知のＰＷＭ
信号をドライブ回路２４に出力りる。

そして、ドライブ回路２４はこのＰＷＭ信号に基づいて
インバータ回路１３の各インバータスイツヂング素子を
ドライブさセる。その結果、誘導電動機１４は１次電圧
ＶＬ周波＠ｆにて駆動制御されることになる。

そして、上記の駆動制御のもとて誘導電動機１４を駆動
さけた結果、誘導電動機１４の発生トルクＴは第２図に
示すように定格周波数ωＯ以下の任意の各周波数ωにお
いて常に発生トルクＴが一定となる結果を得た。しかも
、定格周波数ω０以下において、従来のＶ１／ｆを一定
にして誘導電動機１４を駆動制御）１１する場合に比べ
て発生トルクＴは非常に大きくなる。

従って、発生１〜ルクＴを始動時から一定に保持するこ
とができ、誘導電動機１４をより速やかに加速させるこ
とができる。

尚、この発明は前記実施例では１次電圧■１を式（１２
）にて算出したが、これを以下の近似式を用いて１次電
圧■１を求めて実施してもよい。

今、１次電圧ＶＬ誘起電圧「１及び１次電流１１の位相
差を無視して大きさのみのを考えると前記（４）式は ・・・（１３） となる。

そして、前記と同様にωがΔωだけ変動し１．：場合を
考えると、（１，３＞式は ・・・（１４） ここで、Ｅｌ／ω及びｆｓを一定にすると、■１の一定
になる。

又、ｌ１１１とＩＶｌｌとの関係は ・・・（１５） となる。

そして、（１５）式において、 ・・・（１６） とするとＮ となる。

式（１３）。（，１４）及び（１７）より・・・（１８
） そして、定格運転時の１次電圧の大きさをＶｌｓ、角周
波数ωＯを基準値とでると、任意の角周波数ωにあける
１次電圧の大きさｖｌは下記の式で求められる。

尚、Ｋは（１６）式においてω及びｆｓを定格（直ω０
及びｆＳＯとしている。

そして、この（１９）式の演紳式を用いて３ｑｌ電動機
１４を駆動させた結果、誘導電動機１４の発生トルクＴ
は第３図に示すように定格周波数ωＯ以下の任意の各周
波数ωにｃ！５いて前記（１２）式に基づく発生トルク
Ｔにりさらに大きな発生１〜ルクＴを得ることができ、
誘導雷８機１４をより速やかに加速させることができる
。

発明の効果 以上詳述したように、この発明によれば始動時から発生
トルクを大ぎくすることができ、誘導電動機の速やかな
加速制御を可能にすることができる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を具体化したインバータ装置の電気ブ
ロック回路図、第２図は同じく角周波数に対する発生ト
ルクの関係を示ず図、第３図は同じくこの発明の別個を
示ず角周波数に対する発生トルクの関係を示ず図、第４
図は従来のインバータ装置の電気ブロック回路図、第５
図は誘導電動機の等価回路図である。 図中、１１はバッテリ電源、１３はインバータ回路、１
４は誘導電動機、１５は速度指令設定器、１６．１９は
Ａ／Ｄ変換器、１７はマイクロコンピュータ、１８は速
度検出器、２０．２２はＤ／Ａ変換器礪２１はＰＷＭ回
路、２３は加算器、２４はドライブ回路である。 特許出願人　　株式会社　賄田自動織機製作所代　理　
人　　弁理士　　恩１）博宣 第４図 第３図 角周５Ｌ披ν　　　　　　Ｗ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、可変電圧・可変周波数制御にてインバータ回路のス
   イッチング素子がオン・オフして駆動される誘導電動機
   と、 前記インバータ回路のスイッチング素子をオン・オフさ
   せるドライブ回路と、 前記誘導電動機の回転速度を指定する速度指令設定器と
   、 前記誘導電動機の回転速度を検出する速度検出器と、 前記速度指令設定器が指定した指定値と速度検出器が検
   出した検出値とで誘導電動機のすべり周波数及び誘導電
   動機の定格角周波数以下の任意の角周波数領域でそのす
   べり周波数が一定のもとで、発生トルクが一定となるた
   めの誘導電動機の１次電圧を算出する演算手段と、 前記演算手段が算出したすべり周波数と速度検出器が検
   出した検出値とを加算し周波数指令値を算出する加算器
   と、 前記加算器が算出した周波数指令値と前記演算手段が算
   出した１次電圧にて誘導電動機を可変電圧・可変周波数
   制御を行なうように前記インバータ回路のスイッチング
   素子をオン・オフさせるためのパルス幅変調信号を前記
   ドライブ回路に出力するパルス幅変調回路と からなるインバータ制御装置。